Den første opplæringen fikk Barocci av sin far Ambrogio, som var billedhogger. Onkelen, arkitekten Bartolommeo Genga i Pesaro, så hans talent etter at han hadde lært tegning hos Francesco Manzocchi, og satte ham i lære hos maleren Battista Franco, som da hadde tjeneste hos fyrst Guidobaldo II i Urbino. Han studerte også perspektiv hos sin onkel og kopierte malerier av Titian hos ham.